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Verfahren und Einrichtung zur Qualitätsregelung von mit Vergasung arbeitenden Brennhraftmaschinen, insbesondere Spiritusmotoren.
Der thermische Wirkungsgrad von Brennkraftmaschinen kann bekanntlich durch Erhöhung des jeweilig angewendeten Luftüberschusses, natürlich auf Kosten der Leistung, in hohem Masse verbessert werden, so dass es erwünscht wäre, die Kraftmaschine bei kleineren Belastungen mit grossem Luftübersehuss laufen zu lassen.
Diese Erkenntnis konnte jedoch bisher bei mit Vergasung arbeitenden Brennkraftmaschinen nicht angewendet werden, und es stellt der Wasserstoff den einzigen Kraftmaschinen- betriebsstoff dar, bei dem die grossen Vorteile der Qualitätsregelung bisher auch durch Versuche bestätigt werden konnten, da der Wasserstoff auch bei gleichbleibendem Verdiehtungsverhältnis sowohl mit der zu seiner vollkommenen Verbrennung gerade erforderlichen Luftmenge, oder aber auch eh mit piner mehrfach grösseren Luftmenge entzündet werden kann und stets mit der gewünschten Geschwindigkeit verbrennt.
Die Mischung der allgemein verwendeten Betriebsstoffe, hauptsächlich der Kohlenwasserstoffe mit Luft, kann jedoch bei gleichbleibendem Verdichtungsverhältnis nur innerhalb verhältnismässig engen Grenzen entzündet bzw. mit der gewünschten Geschwindigkeit zur Verbrennung gebracht werden. Die üblichen Betriebsstoffe können mit einem um so grösseren Luftüberschuss noch zur Entzündung und mit einer noch entsprechenden Geschwindigkeit zur Verbrennung gebracht werden, je grösser der Verdiehtungsdruck ist.
Da aber das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine während des Betriebes der jeweiligen Belastung entsprechend nicht veränderbar ist und die Entzündbarkeit sowie die Verbrennungsgeschwindigkeit ausser durch den geringeren Verdichtungsdruck auch infolge der erhöhten Verdünnung durch die im Zylinder zurückgebliebenen Verbrennungsprodukte verringert wird, kann bei durch Drosselung geregelten, mit Vergasung arbeitenden Kraftmaschine ein sieh bei verringernder Belastung zunehmender Luft- überschuss noch weniger zur Anwendung gelangen.
Die Erfindung bezweckt nun die Ermöglichung der Qualitätsregelung bei mit Vergasung arbeitenden Brennkraftmaschinen unter Anwendung der allgemein üblichen Betriebsstoffe, und die möglichst weitgehende Nutzbarmachung der sich hieraus ergebenden Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades.
Dies wird im Sinne der Erfindung dadurch erreicht, dass die Kraftmaschine mit zwei Brennstoffen gespeist wird, die verschiedene Entzündbarkeit und Verbrennungsgeschwindigkeit aufweisen und mit verschiedenem Luftüberschuss zur Anwendung gelangen. Der unter gleichen Bedingungen leichter entzündbare und grössere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzende Brennstoff, z. B. Benzin, wird in Form eines bei jeder Belastungsstufe mit ungefähr konstantem Luftübersehuss gebildeten Gemisches zugeführt, dessen Menge mit dem jeweiligen Belastungsmoment wächst ; diesem Gemisch wird der relativ schwerer entzündbare und geringere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzende Brennstoff, z. B.
Alkohol, in mit zunehmendem Belastungsmoment ebenfalls zunehmender Menge zugegeben, u. zw. in Form eines Gemisches, das eine zu seiner vollkommenen Verbrennung unzureichende Menge Luft aufweist. Bei Anwendung des neuen Verfahrens ist die bei geringer Belastung angewendete dünnere Mischung in demselben Masse entzündbar, und sie besitzt die gleiche Verbrennungsgeschwindigkeit wie die bei zunehmender Belastung gebildete und kleineren verhältnismässigen Luftüberschuss besitzende Mischung.
Im Sinne einer zweckmässigen Ausführungsart des neuen Verfahrens wird bei mit Vergasung arbeitenden Brennkraftmaschinen, die mit veränderlicher Umdrehungszahl laufen, die verhältnismässige Menge des langsamer verbrennenden Brennstoffes, die der aus dem raseher verbrennenden Brennstoffe mit Luftübersehuss gebildeten Mischung zugegeben wird, bei grösserer Belastung und somit Verringerung
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der Umdrehungszahl, im Verhältnis zu dieser Verringerung erhöht.
Die Zufuhr des langsamer verbrennenden Brennstoffes in der angegebenen Weise kann vorteilhaft dadurch erzielt werden, dass bei gleicher Stellung des geöffneten Drosselventiles vom langsamer verbrennenden Brennstoffe in der Zeiteinheit eine konstante Menge zugeführt wird, so dass von diesem Brennstoffe auf je einen Hub der Kraftmaschine bei schnellerem Gange eine geringere und bei langsamerem Gange eine grössere Menge entfällt..
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur Durchführung des erfindunggemässen Verfahrens schematisch dargestellt.
In Fig. l bezeichnet das Saugrohr der auf der Zeichnung nicht dargestellten Brennkraftmaschine, die z. B. für den Fall eines Spiritus-Benzin-Betriebes ein Verdichtungsverhältnis von 7 : 1 besitzen kann.
Das mit grossem Luftüberschuss gebildete Gemisch des verhältnismässig leicht entzündbaren und grosse Verbrennungsgesehwindigkeit besitzenden Brennstoffes, z. B. Benzin, strömt aus einem auf der Zeichnung nicht dargestellten Vergaser in der Richtung des Pfeiles durch das mit einem Drosselventil b versehenen Saugrohr. Der Luftüberschuss kann in einem angenommenen Falle z. B. etwa 50% sein, und dieser Luftüberschuss erfährt bei den verschiedenen Belastungen keine wesentliche Veränderung. Das Drosselventil b kann mittels eines mit diesem Ventile fest verbundenen Armes b1 und durch eine an diesem Arme angelenkte Stange b2 in bekannter Weise eingestellt werden. Das
Gemisch des verhältnismässig schwerer entzündbaren und geringere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzenden Brennstoffes, z. B.
Alkohol, das mit einer zu seiner vollkommenen Verbrennung unzureichenden Menge Luft versehen ist, gelangt in das Saugrohr a der Kraftmaschine oder in den Maschinenzylinder selbst durch ein Speiserohr m. In der Leitung d zwischen diesem Speiserohr und dem auf der Zeichnung nicht dargestellten Vorratsbehälter ist eine Regelvorrichtung eingeschaltet, die bei der gleichen Stellung des Drosselventiles b von dem geringere Verbrennuhgsgeschwindigkeit besitzenden Brennstoff in der
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und einer Gelenkstange i zwangläufig verbunden ist, auch noch ein selbsttätiges Regelorgan, h, k vorgesehen ist, das die Höhe der Flüssigkeitssäule über dem vom zwangläufig bewegten Regelorgan 7 jeweils eingestellten Durchflussquerschnitt) i konstant erhält.
Das erwähnte selbsttätige Regelorgan ist in Form eines Schwimmers h ausgebildet, der die Zuflussöffnung le, mittels eines Nadelventiles k öffnet und schliesst.
Der Raum A, der das zwangläufig bewegte Regelorgan 7 umschliesst, ist mit dem Raume B, der sich über dem die Flüssigkeitshöhe regelnden Organ h befindet, zweckmässig durch eine Leitung p verbunden, so dass in den beiden Räumen stets der gleiche Druck herrscht und mittels des von der Kraftmaschine erzeugten Unterdruckes der geringere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzende Brennstoff auch aus einem Behälter angesaugt werden kann, der unter dem Niveau des Regelorganes 7 liegt ; oder der Raum B kann auch durch eine Öffnung pi mit der Aussenluft in Verbindung stehen, so dass der Brennstoff aus einem höher liegenden Vorratsbehälter selbsttätig in den Raum B fliesst.
Wird bei dieser Vorrichtung das Drosselventil b, das, wie schon erwähnt, die Menge des grössere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzenden Brennstoffes regelt, geöffnet, dann senkt sich auch das mit diesem Drosselventil in zwangläufiger Verbindung stehende Nadelventil 7 und gibt die Durchflussöffnung 71 frei ; infolge der konstanten Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Raume B wird daher bei unveränderter Einstellung des Durchflussquerschnittes Ù bzw. bei derselben Stellung des Drosselventiles b in der Zeiteinheit stets die gleiche Flüssigkeitsmenge aus dem Raum B in den Raum A fliessen.
Um aus dem Raume A im Augenblicke des Öffnens des Durchfluss- querschnittes Ù bzw. im Augenblicke der Vergrösserung desselben, eine grössere Flüssigkeitsmenge in das
Saugrohr a absaugen zu können, wird der untere Teil des Regelorganes 7 zweckmässig als Glocke i ausgebildet, an der der Arm t3 angreift und das Speiserohr m an seiner in den Behälter hineinragenden oberen Mündung umschliesst. Bei dieser Ausführung wird von der Kraftmaschine jeweilig jener Teil des sich im
Raume A befindlichen Brennstoffes abgesaugt, dessen Niveau die untere Endfläche der Glocke i übersteigt.
Bei einer Kraftmaschine, die mit einer Einrichtung gemäss Fig. 1 ausgerüstet ist und z. B. ein Fahrzeug antreibt, kommt die Qualitätsregelung gemäss der Erfindung folgendermassen zur. Geltung :
Beim Anlassen der Kraftmaschine ist das Nadelventil 7 der engen Stellung des Drosselventiles b
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grossem Luftüberschuss gebildeten Benzinmischung. Im Augenblicke des Anlaufen des Fahrzeuges selbst wird das Drosselventil b geöffnet und damit die Glocke i zwangläufig zum Sinken gebracht, so dass aus dem Raume A die der Senkung der Glocke entsprechenden Menge Spiritus durch das Speiserohr m hindurch-in das Saugrohr a gelangt.
Beim Senken der Glocke i öffnet sich aber das Nadelventil 7, und es setzt die Spirituszufuhr ein, u. zw. bei unveränderter Stellung des Drosselventiles b in konstanter Menge für je eine Zeiteinheit. Bei Beschleunigung des Fahrzeuges, also auch der Kraftmaschine, entfällt in der Zeiteinheit von dem zeitlich in gleichmässiger Menge zugeführten Spiritus auf je eine Umdrehung bzw. auf je eine Zylinderladung jeweils eine geringere Menge, so dass die Kraftmaschine, die beim Anlaufen des Fahrzeuges den zugeführten Spiritus mit eingerechnet, ohne Luftüberschuss, möglicherweise sogar mit Luftmangel gearbeitet hat, nach erfolgter Beschleunigung mit allmählich zunehmenden Luftüberschuss arbeitet.
Der geschilderte Vorgang wiederholt sich bei jeder Beschleunigung der Kraftmaschine bzw.
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bei jeder Vergrösserung der vom Drosselventil b jeweils freigegebenen Durchflussöffnung. Gelangt z. B. das Fahrzeug auf eine Steigung und verlangsamt sich dadurch der Gang der Kraftmasehine, so gelangt von dem in der Zeiteinheit konstant in der gleichen Menge mit Luftmangel zugeführten Spiritus ohne
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die Drehmomentleistung der Kraftmasehine rasch zunimmt, weil auf je eine Explosion nicht nur eine grössere Ladung, sondern auch eine an Brennstoff reichere Mischung gelangt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist der den Raum B umschliessende Behälter h mit dem den Raum A bildenden Behälter f2 nach Art von miteinander kommunizierenden Gefässen mittels einer Leitung/ verbu-nden, die mit einem beliebigen Organ r zur Änderung des freien Durchflussquerschnittes versehen ist. In den Räumen A und B wird der gleiche Druck aufrechterhalten ; gemäss der dargestellten Ausführung stehen z. B. beide Räume mit der Aussenluft in Verbindung. So lange die Saugwirkung der Kraftmaschine nicht zur Geltung gelangt, z. B. wenn die Maschine steht, ist die Flüssigkeitshöhe in den beiden Räumen A und B die gleiche.
Beginnt jedoch die Maschine zu saugen, so wird jener Teil des Alkohols od. dgl., der sich im Raume A oberhalb der Mündungsfläche der Glocke i befindet, abgesaugt, so dass zwischen den Flüssigkeitshöhen im Raume A und B der in Fig. 2 dargestellte Höhenunterschied entsteht, der bei unveränderter Stellung des Drosselventiles b konstant ist, so dass aus dem.
Raume B in den Raum A in der Zeiteinheit eine konstante Menge Flüssigkeit hinüberströmt. Beim Leerlauf bzw. beim Anlassen der Kraftmaschine hält, wie bei Fig. 1, das mit dem Drosselventil verbundene Gestänge die
Glocke i hoch, so dass ihr unterer Rand über den im Räume B aufrechterhaltenen Flüssigkeitsspiegel zu liegen kommt und somit der Kraftmaschine lediglich der grössere Verbrennungsgesehwindigkeit besitzende Brennstoff zugeführt wird.
Bemerkt soll werden, dass unter Belastung stets die tatsächliche Belastung des Motors verstanden wird, also hievon die Inbetriebsetzung bzw. der Leerlauf ausgeschlossen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Qualitätsregelung von mit Vergasung arbeitenden Brennkraftmaschinen, die mit zwei Brennstoffen verschiedener Entzündbarkeit und Verbrennungsgesehwindigkeit in der Weise arbeiten, dass der leichter entzündbare und grössere Verbrennungsgesehwindigkeit besitzende Brennstoff der Maschine in mit zunehmender Belastung sich verringernder verhältnismässiger Menge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmaschine der unter gleichen Bedingungen leichter entzündbare und grössere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzende Brennstoff, z. B.
Benzin, in Form eines bei jeder Belastungsstufe mit ungefähr konstantem Luftübersehuss gebildeten Gemisches zugeführt wird, dessen Menge mit dem jeweiligen Belastungsmoment zunimmt und diesem Gemisch der schwerer entzündbare und geringere Verbrennungsgeschwindigkeit besitzende Brennstoff, z. B. Alkohol, in Form eines mit zu seiner vollkommenen Verbrennung unzureichenden Menge Luft gebildeten Gemisches in mit zunehmenden Belastungsmoment ebenfalls zunehmender Menge zugegeben wird.